EVALUASI PENURUNAN TANAH LIAT DENGAN METODE SUB-LAYER

Transkripsi

1 Civil Engineering Dimension, Vol., No. 1, 14 19, Marh 23 ISSN EVALUASI PENURUNAN TANAH LIAT DENGAN METODE SUB-LAYER Gogot Setyo Budi Dosen Fakultas Teknik Sipil & Perenanaan, Jurusan Teknik Sipil - Universitas Kristen Petra Hery Susanto, Sugeng Raharjo Condro Alumni Fakultas Teknik Sipil & Perenanaan, Jurusan Teknik Sipil - Universitas Kristen Petra ABSTRAK Penurunan akibat konsolidasi pada umumnya dihitung dengan memakai metode one-point, dimana lapisan tanah liat dianggap satu lapisan, dan penambahan tegangan akibat beban dari pondasi hanya ditinjau pada tengah-tengah lapisan. Cara ini kurang teliti terutama untuk menghitung penurunan lapisan tanah liat yang tebal. Makalah ini mengemukakan metode sub-layer untuk menghitung penurunan akibat konsolidasi. Metode ini mengasumsikan bahwa suatu lapisan tanah liat terdiri dari beberapa lapisan tipis (sublayer) dan perhitungan penurunannya dilakukan pada setiap lapisan tersebut. Hasil perhitungan dari kedua metode dibandingkan dengan penurunan yang diperoleh dari tiga perobaan pada model pondasi dengan ukuran panjang 1 m dan lebar 1 m, yang diletakkan di atas lapisan tanah liat. Ketebalan lapisan tanah yang dipakai adalah 24 m, 39 m, dan m, atau masing masing sebesar 2.4 B, 3.9 B, dan B, dimana B adalah lebar pondasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penurunan yang dihitung dengan metode sub-layer selalu lebih besar dari penurunan yang dihitung dengan metode one-point, dan lebih mendekati penurunan hasil perobaan. Jumlah layer minimal untuk mendapatkan penurunan yang ukup akurat adalah 1 lapisan. Kata kuni: konsolidasi, penurunan, sub-layer. ABSTRACT Consolidation settlement is ommonly omputed using one-point method, where a lay deposit is assumed as one layer and the stress inrease from foundation is taken at the middle of the layer. This method is not aurate for determining onsolidation settlement of a thik lay deposit. This paper presents sub-layer method to ompute onsolidation settlement, whih assumes that a lay layer is omposed of several thinner layers. The results of both methods were ompared to the settlement observed from the three experiments using a model of square footing with dimension of 1 m by 1 m, whih was laid on a layer of lay. The thikness of the lay layer were 24 m, 39 m, and m or 2.4 B, 3.9 B, B, respetively, where B is the width of the foundation. The result shows that the onsolidation settlement alulated using sub-layer method is always greater than that omputed using the one-point method and it has a better agreement to the settlement of the models. Minimum number of layers that gives suffiient auray of settlement is 1. Keywords: onsolidation, settlement, sub-layer. Catatan: Diskusi untuk makalah ini diterima sebelum tanggal 1 Juni 23. Diskusi yang layak muat akan diterbitkan pada Dimensi Teknik Sipil Volume Nomor 2 September 23. Civil Engineering Dimension ISSN print 27 Thomson Gale TM

2 G. S. Budi, et al. / Evaluasi Penurunan Tanah Liat dengan Metode Sub-Layer / CED, Vol., No. 1, 14 19, Marh 23 PENDAHULUAN Penurunan pondasi akibat konsolidasi diperoleh dari integrasi regangan vertikal sepanjang ketebalan lapisan tanah yang kompresibel. Dalam praktek, integrasi ini sering disederhanakan dengan hanya memperhitungkan penambahan tekanan di tengah-tengah lapisan tanah, tanpa menghiraukan bentuk geometri dari distribusi tegangan (stress bulb) yang terjadi akibat beban pondasi. Hal ini dapat menimbulkan ketidaktelitian dalam perhitungan penurunan, karena hubungan antara penyebaran tekanan tidak berbanding linear dengan kedalaman. Metode pendekatan ini sering disebut metode one-point. Pada penelitian ini akan dibahas perhitungan penurunan akibat konsoliadsi dengan memakai metode sub-layer, yang mengasumsikan suatu lapisan tanah terdiri dari beberapa lapisan yang lebih tipis, dan kemudian membandingkan dengan penurunan yang diperoleh dari perobaan dengan model pondasi. Model pondasi dibuat dari kayu dengan lebar 1 dan panjang 1 m, dan diletakkan di atas tanah liat. Tanah liat yang dipakai diambil dari daerah industri Margomulyo, Surabaya, yang memiliki liquid limit (LL) 117% dan plastiity index (PI) 74%. TEORI KONSOLIDASI Konsolidasi (onsolidation settlement) adalah proses berkurangnya volume tanah yang disebabkan keluarnya air pori akibat penambahan tekanan. Metode yang sangat umum dipakai untuk menghitung besarnya penurunan akibat konsolidasi adalah perumusan yang diturunkan oleh Terzaghi [1], yaitu: Untuk tanah lempung yang normally onsolidated: H p' + p δ = C log (1) e p' Sedangkan untuk tanah lempung yang overonsolidated: Bila p + p < p : H p ' + p δ = C log (2) α e p ' Bila p + p > p : H p' H p' + p δ = C log + C log (3) α e p ' e p ' di mana : C = indeks kompresi primer (oeffiient of ompressibility) C α = indeks kompresi elastik (oeffiient of elasti rebound) H = tebal lapisan e = angka pori pada tekanan awal p po = tekanan efektif awal (effetive overburden pressure) p = tekanan prakonsolidasi (preonsolidation pressure) p = penambahan tekanan METODE ONE-POINT DAN METODE SUB-LAYER Perbedaan pada metode perhitungan one-point dan sub-layer terletak pada asumsi dalam menentukan penambahan tekanan ( p) dan tebal lapisan (H) pada perumusan penurunan di atas. Pada metode one-point, tanah liat dianggap sebagai satu lapisan (one layer) dan penambahan tekanan diambil pada tengahtengah lapisan, sedangkan pada metode sublayer tanah diasumsikan terdiri dari beberapa lapisan yang tipis (Gambar 1). Perhitungan penurunan masing-masing lapisan pada metode sub-layer, akibat penambahan tegangan (yang sesuai dengan bentuk distribusi p), dilakukan menggunakan perumusan yang sama dengan metode one-point. Seara matematis, perumusan umum penurunan pada metode sub-layer dapat diekspresikan sebagai berikut: n C p p H i e ' + δ = log i= p (4) 1 ' i di mana n adalah jumlah lapisan, dan i adalah nomor lapisan Gambar 1. Pembagian Lapisan Tanah pada Metode Sublayer Menurut M Phail et al. [2], metode sub-layer memberikan hasil yang lebih akurat dibanding dengan metode one-point, dan semakin banyak jumlah lapisan yang dipakai, semakin akurat hasil yang didapat. Hal ini dapat dilihat pada penurunan dari kedua metode perhitungan (Gambar 2) pada pondasi bujur sangkar dengan ukuran 2 m di atas lapisan tanah lempung 1

3 G. S. Budi, et al. / Evaluasi Penurunan Tanah Liat dengan Metode Sub-Layer / CED, Vol., No. 1, 14 19, Marh 23 (e = 1.2, C =.33, γsat = 184 kg/m 3 ) dan menerima beban vertikal sentris sebesar ton. Penurunan (m) Sub-layer One-point Tebal tanah (m) Gambar 2. Perhitungan Penurunan Dengan Metode One- Point dan Sub-layer Gambar 2 menunjukkan bahwa kedua metode menghasilkan penurunan yang relatif sama pada ketebalan lapisan sampai m (2-3B); namun pada lapisan yang lebih tebal, metode one-point memberikan penurunan yang enderung mengeil bahkan mendekati nol pada ketebalan lapisan di atas 4 m. dan akhirnya dianggap nol (sangat keil). Oleh karena penurunan akibat konsolidasi tergantung pada penambahan tegangan, maka penurunan tanah tidak pernah mengeil seiring dengan bertambahnya ketebalan lapisan. PERCOBAAN DENGAN MODEL Perobaan dilakukan dengan ara membebani model pondasi, yang terbuat dari papan kayu dengan ukuran panjang 1 m dan lebar 1 m, dan diletakkan pada satu lapis tanah liat dengan ketebalan berbeda-beda, masing-masing 24 m, 39 m, dan m. Upaya yang dilakukan agar kepadatan tanah yang dipergunakan dalam perobaan seragam, tanah liat dipersiapkan dalam keadaan liquid limit kemudian dilakukan pra-pembebanan sebesar.87 kg/m 2 selama 3 hari. Parameter tanah yang diperlukan dalam perhitungan penurunan (indeks kompresi primer C, indeks kompresi elastik C α, dan tekanan prakonsolidasi p ) diperoleh dari uji laboratorium tanah setelah dilakukan pra-pembebanan. HASIL DAN ANALISA PERCOBAAN Salah satu kesulitan yang dialami pada saat perobaan adalah bahwa tanah yang dipergunakan agak lembek, sehingga beban maksimum yang dapat diberikan terbatas hanya 9 kg atau ekivalen dengan.9 kg/m 2 (hampir sama dengan p yang diberikan). Apabila beban yang diberikan melebihi 9 kg, model pondasi mengalami penurunan yang sangat besar (runtuh) segera setelah beban diberikan. Berdasarkan kenyataan yang ada, perhitungan penurunan lebih mendekati pada kasus penurunan untuk tanah yang overonsolidated dari pada normally onsolidated. Penentuan Indeks Kompresi Primer (C), Indeks Kompresi Elastik (C α ), dan Tekanan Prakonsolidasi (p ) Gambar 3. Penyebaran Tekanan Menurut Boussinesq Hal ini tidak sesuai dengan teori penyebaran beban oleh Boussinesq [3] seperti terlihat pada Gambar 3, bahwa penyebaran/distribusi tegangan pada tanah yang homogen tidak tergantung dari total ketebalan lapisan tanah. Tegangan yang timbul di dalam tanah akibat beban pondasi semakin ke dalam semakin keil, Hubungan antara angka pori (e) dan beban dari ketiga perobaan, yaitu perobaan (P-1) dengan tebal lapisan 24 m, perobaan (P-2) dengan tebal lapisan 39 m, dan perobaan (P-3) dengan tebal lapisan m, masing-masing dapat dilihat pada Gambar 4,, dan 6. Besarnya C dan C α ditentukan seara visual, sedangkan tekanan prakonsolidasi p ditentukan dengan menggunakan metode Casagrande [4]. 16

4 G. S. Budi, et al. / Evaluasi Penurunan Tanah Liat dengan Metode Sub-Layer / CED, Vol., No. 1, 14 19, Marh 23 e GRAFIK HUBUNGAN e - log p 2,2 2,1 2,1 2, 2, 1,9 1,9 1,8 1,8 1,7 1,7,1,1 p ' =,22 1, log p (kg/m 2 ) Tabel 1. Nilai C, C α, dan p Perobaan C Cα p' (kg/m 2 ) P P P Penurunan Pada Model Pondasi Hubungan antara waktu dan penurunan pada ketiga perobaan ditunjukkan pada Gambar 7. Gambar 4. Hubungan e log p pada Perobaan 1 (P-1) dengan Ketebalan Lapisan 24 m e GRAFIK HUBUNGAN e - log p 2,1 2,1 2, 2, 1,9 1,9 1,8 1,8 p ' =,12 1,7 1,7,1,1 1, log p (kg/m 2 ) Gambar. Hubungan e log p pada Perobaan 2 (P-2) dengan Ketebalan Lapisan 39 m GRAFIK HUBUNGAN e - log p Penurunan, mm Waktu, jam Gambar 7. Hubungan antara Penurunan dengan Waktu P-1, P-2, dan P-3 Ketiga perobaan menunjukkan bahwa penurunan yang besar (primer) terjadi segera setelah beban diberikan, kemudian diikuti oleh penurunan sekunder yang mempunyai keepatan relatif konstan. Apabila penurunan primer (dianggap sebagai elasti settlement) ditentukan satu hari setelah pembebanan, besarnya penurunan dari ketiga perobaan dapat dilihat pada Tabel 2. P-2 P-1 P-3 e 2,2 2,1 2, 1,9 1,8 1,7 1,6 p ' =,11 1,,1,1 1, log p (kg/m 2 ) Tabel 2. Penurunan Primer dan Keepatan Penurunan Sekunder Penurunan dalam 1 Keepatan Penurunan Perobaan Hari Sekunder (mm/jam) P mm. P-2 7. mm.6 P mm.7 Perhitungan dengan Metode One-point dan Sub-layer Gambar 6. Hubungan e log p pada Perobaan 3 (P-3) dengan Ketebalan Lapisan m Tabel 1 menunjukkan bahwa rata-rata nilai C, C α, dan p yang didapat dari perobaan P-2 dan P-3 hampir sama, yaitu masing-masing sekitar.4,.1, dan.18 kg/m 2. Berdasarkan nilai tersebut, selanjutnya untuk perhitungan penurunan dipakai C α sebesar.1. Hubungan antara jumlah lapisan dan besarnya penurunan untuk masing-masing perobaan dapat dilihat pada Gambar 8 atau pada Tabel 3. Gambar 8 menunjukkan bahwa penurunan yang dihitung dengan metode one-point (dengan jumlah lapisan 1) selalu lebih keil dari pada metode sub-layer (jumlah lapisan lebih dari 1). Perbedaan penurunan antara metode one-point dan sub-layer dengan lapisan pada per- 17

5 G. S. Budi, et al. / Evaluasi Penurunan Tanah Liat dengan Metode Sub-Layer / CED, Vol., No. 1, 14 19, Marh 23 obaan 1, 2, dan 3 berturut turut sebesar 23%, 47%, dan %. Perbandingan kedua metode perhitungan dan hasil perobaan dapat dilihat pada Tabel 4 atau Gambar 9. Tabel 3. Perhitungan dengan Metode One-point dan Sub-layer Metode Jumlah Lapisan P-1 P-2 P-3 One-point 1 lapisan lapisan lapisan Sub-layer 1 lapisan lapisan lapisan lapisan Penurunan, mm P-3 P-2 P Jumlah lapisan Gambar 8. Hubungan Antara Penurunan dan Jumlah Lapisan Tabel 4. Perbandingan Hasil Perhitungan dan Hasil Perobaan Metode P-1 P-2 P-3 (24 m) (39 m) ( m) One-point Sub-layer ( lapis) Perobaan P-1(24 m) P-2 (39 m) P-3 ( m) One-point Sublayer ( lapisan) Perobaan Gambar 9. Perbandingan Penurunan Antara Perhitungan dan Perobaan Metode sub-layer pada ketiga perobaan (Gambar 9) menunjukkan bahwa semakin tebal lapisan tanah liat (P-3) menghasilkan penurunan yang semakin keil. Hal ini disebabkan oleh pemakaian ketebalan sub-layer yang berbeda. Pada P-1 tebal sub-layer adalah.48 m (24/ m). sedangkan pada P-3 ketebalan sub-layer nya lebih dari dua kalinya yaitu 1 m (/ m). Apabila ketebalan sub-layer pada ketiga perobaan disamakan yaitu sebesar.48 m, hasilnya menunjukkan bahwa semakin tebal lapisan semakin besar penurunannya, seperti terlihat pada Gambar m 39 m m Tebal Lapisan Gambar 1. Grafik Perhitungan Metode Sublayer Dengan Ketebalan Lapisan.48 m KESIMPULAN Dari penelitian ini dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain: 1. Penurunan yang didapat dengan metode sublayer lebih mendekati penurunan pada hasil perobaan, khususnya perobaan P-1 dan P Metode sub-layer menghasilkan penurunan yang lebih akurat, terutama pada lapisan tanah kompresibel yang tebal (lebih dari 2. B). 3. Jumlah lapisan minimum yang disarankan pada metode sub-layer agar diperoleh hasil yang ukup akurat adalah 1 lapis. DAFTAR PUSTAKA 1. Terzaghi. K., and R. Pek, Soil Mehanis in Engineering Pratie, John Wiley, and Sons M Phail, Jennifer, et al., Evaluation of Consolidation Settlement Using The Sublayer Method, Eletroni Journal of Geotehnial Engineering, 2. 18

6 G. S. Budi, et al. / Evaluasi Penurunan Tanah Liat dengan Metode Sub-Layer / CED, Vol., No. 1, 14 19, Marh Hardiyatmo, Hary Christady, Mekanika Tanah 2, Jakarta, Gramedia Pustaka Utama Coduto, D.P., Geotehnial Engineering Priniples and Praties, Prentie-Hall,